丙烯酰胺均聚物和各種 共聚物的統(tǒng)稱，是一類重要的水溶性高分子聚合 物，聚丙烯酰胺微生物降解研究進(jìn)展，作為百業(yè)助劑，不僅己廣泛應(yīng)用在石油開采、 水處理、紡織、造紙、制糖、選礦、醫(yī)藥、建材、農(nóng)業(yè)等 領(lǐng)域，而且在食品、藥品以及整容等與人們?nèi)粘Ｉ?活和人類健康相關(guān)的領(lǐng)域也有應(yīng)用[1~3]。

一直以來，聚丙烯酰胺被認(rèn)為是非常穩(wěn)定的高 分子聚合物。但事實(shí)上，在自然條件下，受環(huán)境中各 種理化和生物因素的影響，聚丙烯酰胺會(huì)發(fā)生緩慢 的物理降解[4~8]、化學(xué)降解[9~11]和生物降解[12~27]。其 降解后釋放產(chǎn)生大量的低聚物和丙烯酰胺單體 (AM)。而丙烯酰胺單體己被證明能作用于細(xì)胞內(nèi) 的染色體和引起神經(jīng)性毒性反應(yīng)。因此，對(duì)聚丙烯 酰胺在環(huán)境中的殘留、遷移、降解以及其降解產(chǎn)物 對(duì)環(huán)境的潛在危害必須加以清醒的認(rèn)識(shí)。

1聚丙烯酰胺的污染來源及污染現(xiàn)狀

世界各國(guó)聚丙烯酰胺的消費(fèi)結(jié)構(gòu)有所不同，美 國(guó)和西歐主要用于水處理，而日本則主要用于造紙 工業(yè)。在我國(guó)，聚丙烯酰胺的應(yīng)用主要集中在石油 開采、水處理、造紙、制糖、洗煤和冶金等領(lǐng)域，其消 費(fèi)結(jié)構(gòu)為：采油工業(yè)是第一大用戶，占總需求量的 80°%左右，第二位是水處理，約占9°%,造紙占5°%, 礦山占2°%,其它占3°%。

在采油工業(yè)中，聚丙烯酰胺主要被用來作為驅(qū) 油劑注入油層，使具有較大粘度的原油與水之間流 度比下降，減弱水的粘性指數(shù)，從而提高原油采收 率。但聚丙烯酰胺在提高采收率的同時(shí)，對(duì)環(huán)境也 產(chǎn)生了很大的影響。首先，注入地層的聚丙烯酰胺 一部分會(huì)隨采出液排出，大幅提高了混合液的粘度 和乳化性，使油水分離難度加大，含油量嚴(yán)重超標(biāo)； 

其次，聚合物驅(qū)油過程中，絕大多數(shù)的聚丙烯酰胺 進(jìn)入地下油層，由于地層結(jié)構(gòu)原因，很難避免其滲 透到地下水層，而聚丙烯酰胺在地下水中的長(zhǎng)期滯 留，必將對(duì)當(dāng)?shù)厮h(huán)境造成嚴(yán)重污染；另外大規(guī)模 注聚合物使大量低礦化度清水進(jìn)入注水系統(tǒng)，會(huì)導(dǎo) 致油田污水的供、注水不平衡。

在水處理中，聚丙烯酰胺作為絮凝劑，用于城 市污水、生活污水、工業(yè)廢水等的處理以及各種地 下水和工業(yè)懸浮液的固液分離；在造紙工業(yè)中聚丙 烯酰胺用作分散劑、增強(qiáng)劑、助留劑、濾水劑、沉降 劑，改善紙張質(zhì)量和沉淀污水；在米礦、洗煤中，米 用聚丙烯酰胺作絮凝劑，促進(jìn)固體沉降使水澄清。

農(nóng)業(yè)方面，聚丙烯酰胺應(yīng)用越來越多，主要用 于土壤改良增產(chǎn)、增肥、保土和保水等。聚丙烯酰胺微生物降解研究進(jìn)展，除此以外， 聚丙烯酰胺在紡織、冶金、印染、養(yǎng)殖以及隧道、水 壩等工程堵水固沙的化學(xué)灌漿和水下、地下建筑物 的防腐等領(lǐng)域都有應(yīng)用[1]。

由于其良好的水溶性，PAM在大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng) 域的最終歸屬為進(jìn)入地表水或地下水，而含有 PAM的污水不僅會(huì)改變水的理化性質(zhì)，同時(shí)PAM 本身對(duì)COD也有貢獻(xiàn)。然而，目前對(duì)聚丙烯酰胺的 排放和可能帶來的影響并沒有相關(guān)的數(shù)據(jù)和進(jìn)行 有效的評(píng)估，對(duì)其危害還沒有引起足夠的重視。在 相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，聚丙烯酰胺還將得到廣泛應(yīng)用。

2聚丙烯酰胺微生物降解

作為一種相對(duì)穩(wěn)定的高分子聚合材料，聚丙烯 酰胺有著極強(qiáng)的生物抗性，即使是己經(jīng)被降解為小 分子的聚丙烯酰胺依然有著這一特征。到目前為 止，國(guó)內(nèi)外對(duì)聚丙烯酰胺的生物降解研究基本停留 在初步階段。僅有少量的有關(guān)聚丙烯酰胺的生物降 解的文獻(xiàn)報(bào)道，而且多數(shù)研究結(jié)果表明高分子量 PAM難于被微生物利用和降解。

2.1聚丙烯酰胺作為碳源物質(zhì)利用

日本的Nakamiya和Kinoshita[12]從活性污泥和 土壤中分離篩選兩株聚丙烯酰胺降解菌，Entrobacter agglomerans 和 Azomonas Macrocytogenes。研究表明， 這兩株菌均能以聚丙烯酰胺為惟一營(yíng)養(yǎng)物進(jìn)行生 長(zhǎng)，在培養(yǎng)27h后，培養(yǎng)基中20%的總有機(jī)碳被消 耗掉，聚合物的平均分子量從200萬降低到50萬。 Richid[13]的生物培養(yǎng)試驗(yàn)證明硫酸鹽還原菌能單獨(dú) 破壞PAM的結(jié)構(gòu)。程林波等[14]的研究表明硫酸鹽 還原菌可以PAM作為碳源，以SO,作為最終電子 受體發(fā)生異化硫酸鹽還原作用，從而起到降解 PAM的作用。黃峰[15]從中原油田現(xiàn)場(chǎng)取樣的污水中 培養(yǎng)出的硫酸鹽還原菌能以HPAM為惟一碳源進(jìn) 行生長(zhǎng)繁殖。當(dāng)接種的菌量為3.6 X104個(gè)/ml時(shí)，經(jīng) 恒溫30°C7d的培養(yǎng)，1 000mg/L的水解聚丙烯酰胺 (HPAM)溶液的粘度損失率可達(dá)19.6%。黃峰[16]等 人的實(shí)驗(yàn)表明，腐生菌能在不加其它任何培養(yǎng)基成 分的一定濃度的HPAM中大量生長(zhǎng)繁殖，腐生菌在 1 000mg/L的PAM中恒溫培養(yǎng)7d，可使溶液粘度損 失率達(dá)11.2%，認(rèn)為HPAM溶液粘度的降低是由于 在腐生菌的作用下發(fā)生生物降解作用而導(dǎo)致 HPAM高分子鏈斷裂的結(jié)果。張英筠[17]等利用篩選 出的高效復(fù)合菌劑可在高濃度的PAM溶液中生長(zhǎng) 繁殖，并對(duì)10 000mg/LPAM溶液有良好的降解效 果，以溶液黏度為指標(biāo)，降解率可達(dá)89%。在降解過 程中還檢測(cè)到丙烯酰胺單體的形成，認(rèn)為菌體的降 解作用使一部分高分子鏈斷裂成了 AM單體，并且 該菌種還可以對(duì)脫落的丙烯酰胺單體進(jìn)行高效、迅 速的降解，降解率可高達(dá)95%。佘躍惠[18_19]等從油 田產(chǎn)聚合物污水和污泥中分離到的7株聚丙烯酰 胺（PAM)降解菌并就它們降解聚丙烯酰胺最佳條 件進(jìn)行了研究，分子生物學(xué)鑒定表明7株P(guān)AM降 解菌分別歸類于放線桿菌綱（Actinobacteria)，a-變 形菌綱（Alphaproteo bacteria)和芽孢桿菌（Bacillus)。 研究結(jié)果表明，采用7株菌組成的微生物菌群在以 PAM為惟一碳源和惟一氮源的培養(yǎng)基中使PAM的 運(yùn)動(dòng)粘度從650mm2/s降低至100mm2/s左右，由此 認(rèn)為正是由于7株菌組成的微生物群落對(duì)PAM的 生物降解作用，使得培養(yǎng)基中的PAM的粘度降低。 孫曉君[20]等采用人工配制的模擬含聚（聚丙烯酰 胺）驅(qū)采出水為介質(zhì)，在以好氧顆粒污泥為主體的 實(shí)驗(yàn)型SBR內(nèi)研究了油田驅(qū)采出水中PAM的生物 降解性能。結(jié)果表明，在水力停留時(shí)間為6d時(shí)，模 擬含聚廢水中的PAM降解率達(dá)到40%以上。高年 發(fā)™等的研究表明，細(xì)菌G1能在一定濃度的聚丙 烯酰胺溶液中生長(zhǎng)繁殖并降低其溶液黏度，聚丙烯酰胺微生物降解研究進(jìn)展，表明其 具有降解水解聚丙烯酰胺的能力。

多數(shù)研究結(jié)果表明，微生物很難以聚丙烯酰胺

為惟一碳源進(jìn)行生長(zhǎng)，PAM抵抗微生物的降解，聚 合物幾乎沒有生物降解情況的出現(xiàn)，已經(jīng)發(fā)生的生 物降解也不會(huì)形成丙烯酰胺單體。Kay-Shoemake[22] 在對(duì)土壤中常見的細(xì)菌利用PAM的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)， PAM不能作為惟一的碳源物質(zhì)支持微生物的生 長(zhǎng)，認(rèn)為細(xì)菌沒有產(chǎn)生作用于聚合物骨架的酶，在 土壤中它的降解最主要還是受光、化學(xué)以及機(jī)械的 作用。Rachid[13]等也得出類似結(jié)論，并認(rèn)為生物礦 化聚丙烯酰胺只占聚合物的0.6%~0.7%。

2.2聚丙烯酰胺作為氮源物質(zhì)利用

Holliman[23]等研宄了大田和實(shí)驗(yàn)室土壤中的微 生物對(duì)PAM的降解作用，通過監(jiān)測(cè)土壤中的微生 物的生長(zhǎng)情況、酰胺酶和土壤中的氮的含量的變 化，認(rèn)為PAM的微生物降解很慢，土壤中的PAM 的降解是物理、化學(xué)和生物共同作用的結(jié)果。Kay- Shoemake[24]等研究了農(nóng)業(yè)土壤中存在的微生物對(duì) PAM的降解作用，通過監(jiān)測(cè)細(xì)菌的生長(zhǎng)情況，認(rèn)為 細(xì)菌通過分泌胞外的酰胺酶將聚合物上的氨基脫 落下來，供給細(xì)菌生長(zhǎng)所需要的氮源，而在聚合物 上形成了大量的羧基，由此改變了溶液的粘度，而 聚合物的聚合度并沒有降低。Senft[25]等的研究也有 類似結(jié)果，認(rèn)為PAM可以作為惟一氮源支持細(xì)菌 生長(zhǎng)，但細(xì)菌并沒有降解PAM形成丙烯酰胺單體。 韓昌福[26]等研究了黃孢原毛平革菌對(duì)聚丙烯酰胺 (PAM)的生物降解，結(jié)果表明，黃孢原毛平革菌產(chǎn) 生的錳過氧化物酶對(duì)聚丙烯酰胺催化降解的能力， 降解率可達(dá)50%。李蔚等[27]以聚丙烯酰胺為能源和 碳源從油田采出水中分離到一株假單胞菌屬PD21 菌株。研究表明該菌能以聚丙烯酰胺為有機(jī)營(yíng)養(yǎng)源 進(jìn)行生長(zhǎng)，并將高分子結(jié)構(gòu)破壞。化學(xué)分析表明，聚 丙烯酰胺的分子結(jié)構(gòu)受到破壞后，粘度降低，相對(duì)分 子量由原來的1X107變?yōu)?X105_1X106，分析原因， 他認(rèn)為主要是由于微生物的作用加快了聚合物分子 鏈上的酰胺基水解，使聚合物分子、聚合物鏈段間的 排斥力增加，導(dǎo)致分子斷裂，分子量變小。魏利[28]等 分離得到一株厭氧菌 Anaerofilumpen tosovorans A9 菌株，研究結(jié)果表明，菌株能以聚丙烯酰胺為唯一 碳源和氮源進(jìn)行生長(zhǎng)。

3結(jié)論

聚丙烯酰胺由于具有良好的理化特性，一直被 認(rèn)為是安全、無毒和難于降解的。聚丙烯酰胺微生物降解研究進(jìn)展，因此有關(guān)其在自 然界中的降解及其可能產(chǎn)生毒性的研究在很長(zhǎng)一 段時(shí)期內(nèi)被忽視，直到上世紀(jì)90年代才開始提出 其潛在毒性和對(duì)環(huán)境的污染。目前，其應(yīng)用范圍和 規(guī)模正呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，與此同時(shí)，其對(duì)環(huán)境中 的危害必將逐漸顯露出來。然而，目前聚丙烯酰胺 降解研究多集中在其合成和應(yīng)用方面，對(duì)聚丙烯酰 胺的降解尤其是生物降解研究極少。作為對(duì)環(huán)境污 染物高效、徹底的處理手段，生物降解與處理工藝 己經(jīng)在多種難降解污染物的處理領(lǐng)域發(fā)揮了重要 的作用。基于微生物自身的特點(diǎn)，以及目前飛速發(fā) 展的分子生物學(xué)技術(shù)和基因工程，微生物法必將成 為解決聚丙烯酰胺及其降解物引起的環(huán)境污染問 題的重要手段。